PAO 基础油调和应用研究进展

白忠祥，安良成，张安贵

（国家能源集团宁夏煤业有限责任公司煤炭工业技术研究院 宁夏银川750411)

近年来，随着汽车、机械工业的迅速发展以及人们节能、环保意识的增强对润滑油提出了更高的要求。市场份额占比较大的石油型基础油已经不能完全满足机械在某些苟刻环境下工作的条件，这使得合成润滑油得以发展［1］。聚α- 烯烃(PAO) 作为主要的合成润滑油因其粘温性、低温流动性、氧化安定性、蒸发损失等方面的突出优点［2］，可作为高品质的润滑油基础油，能够减少机械的换油周期，延长使用寿命。并且，PAO 几乎不含硫，可生物降解，分解后对环境的污染小，是一种环保型润滑油。目前，PAO 被广泛应用于许多领域，如PAO 与润滑油添加剂调制出的不同类型的润滑油，并应用于汽车内燃机油、热导油、压缩机油及航天航空、军工用油等领域［3-4］。

1 PAO 基础油的发展简况

PAO 是饱和烯烃的低聚物，主要是通过线性a- 烯烃在催化剂的作用下发生齐聚反应聚合得到。制备过程可分为两步：第一步烯烃聚合，根据所需PAO 粘度不同选用不同的催化剂体系进行聚合反应，常用的催化剂有AlCL3、BF3、Ziegar-Natta 及离子液体等，聚合生成二聚体、三聚体、四聚体、五聚体等。第二步是加氢饱和，在加氢催化剂的作用下，使未反应的烯烃双键饱和，提高PAO 的化学稳定性和氧化安定性［5-7］。工业上现在主要是通过石蜡裂解法和乙烯齐聚法制备PAO，最近几年，随着煤制油装置的陆续投产，相应的分离α- 烯烃和生产PAO 等下游产业链也得到快速发展。

当前全球市场的PAO 产能约在60.5 万t/a，其中低粘度PAO 约在45.7 万t/a，高粘度PAO 约在14.8 万t/a［8］。美国Grand View Research 研究报告预测，预计至2025 年，PAO 使用量将以每年3.5%的速度增加，全球市场对PAO需求量将达到81.52 万吨［9］。

我国润滑油行业已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，正处在转变发展方式、转换增长动力的关键时期。目前，国内PAO 消费量仅为3～4 万吨/ 年，发展潜力巨大。世界上大多数高端润滑油均采用全合成PAO 作为基础油。对于高端润滑油产品的需求将推动PAO 需求的快速增长。

2 PAO 的调和应用

2.1 车用发动机油

大约70%～90% 的PAO 基础油应用于合成或半合成发动机油，以PAO 基础油调制的发动机油具备以下特点：高温性能好，可以满足现代车辆的使用要求；低温动力粘度和倾点低，低温流动性好，可调制温度跨度大的发动机油，可以在严寒环境下使用；粘温性能好，减少了粘指剂的用量；润滑性能好，可以减少机械部件之间的磨损，延长车辆的使用寿命；蒸发损失低，减少润滑油消耗。

李世强［10-13］发明一种0W/20 的SN 级汽油机油，指出将PAO 基础油、GTL 基础油和多元醇脂混合，加入抗磨剂、粘指剂等添加剂可调和出一种倾点为-38℃，100 ℃下运动粘度为5.5mm2/s～9.1mm2/s 汽油机油，油品兼具低倾点和良好的运动粘度变化值的同时，抗氧化性能也有明显的提升，延长了换油周期，保持使用可延长发动机的寿命。并且燃油可以完全燃烧，尾气污染物降低明显。以PAO 基础油为主，可调和出5W/30、10W/30、10W/40 的SN 级不同运动粘度的汽油机油，都具有良好的性能。

谢 欣［14］采 用 以PAO4、PAO6 基 础 油 为 主，加 入新型功能剂开发的自主复合添加剂调和得到一种100℃运动粘度14mm2/s，倾点为-54℃，闪点为236℃的SN 0W/40 汽油机油。并通过了SN 规格要求的全部理化和模拟评定试验。通过发动机试验，可知调和油在抗氧化性能和控制粘度增长能力方面已经超越SN 规格所要求的，大大延长了换油周期，并且还能显示出优良的活塞清净性能、高低温下的抗磨性能和节能性能。开发的汽油机油复合剂配方技术同时可以调配0W/20、0W/30、3W/30、5W/40 等多个粘度级别的SN 规格汽油机油。

叶小娟等［15］以PAO4、PAO6、酯类基础油为主，加入复合添加剂、助剂、增粘剂调和得到一种超低温柴油机油。该油品倾点较低，可达到-66℃，在我国所有地区冬季普遍适用，且满足0W-30 粘度等级要求，符合API CI-4 质量等级要求，适用于国四排放车辆。

邢国渝［16］采用PAO10 为主要基础油，加入一定量合成酯类基础油，同时添加摩擦改进剂、柴油机油复合剂、粘指剂、抗氧剂等，调和制得一种含钼柴油发动机润滑油。研制得到的5W/30，符合CJ-4 质量等级要求的柴油机油，对其进行摩擦磨损试验，行车试验，结果显示，使用该机油使发动机的磨损明显降低，大大延长了换油期，使汽车发动机油换油期从5000 公里延长至5 万公里，燃油经济性方面，可以节省燃油7%～10%。同时有机钼摩擦改进剂的加入可以取代部分含磷添加剂，降低了润滑油组分中的磷含量，减少对汽车尾气三元催化装置的影响，降低排放，对环境污染小。

2.2 齿轮油

PAO 基础油在车辆齿轮油和工业齿轮油的调和应用可增加油品的抗氧化性和抗磨性能。华秀菱等［17］采用PAO 为基础油，加入抗氧剂、抗磨剂、防锈防腐剂等不同功能添加剂，在复配剂用量为质量分数2.0%的时候，可调制出性能优良的68-680 全合成工业齿轮油。其中研发的昆仑KG ／ S320 在100℃运动粘度为35mm2/s，粘度指数为155，倾点为-42℃，闪点为298℃，同时与国外同类油品相比，产品具有突出的抗氧化性，旋转氧弹氧化时间达到1200min 以上，完全可以满足风电高性能设备安全运转的使用要求，将不同牌号的调和工业齿轮油应用在国内多家企业的减速机齿轮箱中替代国外同品质油品使用，效果良好。

刘青才等［18］将茂金属PAO 应用于调和75W-90 车辆齿轮油。研究表明茂金属PAO 具有良好的剪切稳定性和高低温性能，用于调和75W-90 车辆齿轮油可实现完全替代PAMA 型粘指剂的作用，减少了添加剂的用量，降低了生产成本，提高了齿轮油的性能。

张继平等［19］以PAO6、酯类油A 和矿物油为基础油，调和得到一种舰船用燃气轮机齿轮油。在100℃运动粘度为7.64mm2/s，粘度指数为158，倾点为-56℃，闪点为233℃，调和油各项性能满足质量要求，且具有较高的粘度指数，低倾点。在防腐蚀和抗泡等方面优于试验所选的进口润滑油。

2.3 航空润滑油

PAO 合成油较矿物润滑油综合性能优异，被广泛应用于航空、航天和军事等多种高技术领域。吴楠等［20］以PAO 合成润滑油为基础油，混合调配抗氧剂2，6- 二叔丁基对甲酚(DBPC) 和p，p’-二异辛基二苯胺(DODPA)，加入清净剂、分散剂、摩擦缓和剂等其他添加剂调制而成一种航空发动机润滑油。研究表明当加入抗氧剂后，油品粘度的衰减过程明显减缓，说明抗氧剂能够有效增强PAO 航空润滑油的热氧化安定性。

刘伟［21］研究了分别采用PAO3 和PAO20 为基础油，加入抗氧剂复合配方，调和得到8B 航空喷气机润滑油和20 号航空润滑油，所研制的润滑油满足产品质量标准，且在低温流动性，热氧化安定性，粘温性能和蒸发损失方面均优于以蜡裂解烯烃为基础油调和的润滑油。

Michael 等［22］研 究 了 基 于PAO 的3001A 和3001的航空润滑油，其中3001A 润滑油在100℃运动粘度为15.75mm2/s，粘度指数为130，倾点为-48℃。通过用螺旋轨道测试仪和真空四球摩擦试验机试验了其摩擦学性能，结果表明在高真空环境下呈现出优异的润滑性能。

2.4 其他领域应用

王鹏等［23］研究了高压加氢环烷基基础油及PAO 基础油（100℃运动粘度10mm2/s，倾点为-48℃，粘度指数136）为原料，采用合适的添加剂方案，调和出一种100℃运动粘度8.8mm2/s，倾点为-50℃，絮凝点为-48℃，粘度指数109 的半合成冷冻机油，油品与氨制冷剂（R717）具有良好的化学稳定性，且具有较高的粘度指数，较低的絮凝点以及良好的热氧化安定性。优良的抗磨性能，完美适用于以氨为制冷剂的深冷冷冻机压缩机组。

黄福川等［24］以PAO、合成酯为主要组分油的基础油体系，加入复合金属清洁剂、无灰分散剂、极压抗磨剂等功能添加剂，调和得到一种环境友好节能型重负荷螺杆压缩机油，该组合物不仅各种工作性能良好、使用寿命和换油期长，而且生物可降解性好、螺杆磨损和腐蚀减少，满足重负荷螺杆压缩机油特殊的使用工况要求，工作效率高。

王 稳 等［25］研 究 了 以PAO6 与PAO8 构 成 基 础 油，添加剂包括：粘度指数改进剂、抗氧化剂、防锈剂等，调和成一种全合成自动变速器润滑油，100℃运动粘度为7.46mm2/s，粘度指数为159，倾点为-44℃，闪点为261℃。研究显示，在行车试验里程6×104km 内，与选取的参比油相比，PAO 调和油具有更好的粘度控制性能，抗氧化效果较好，其他指标如磨斑直径 WSD 值、最大无卡咬负荷PB 值、闪点变化趋势基本一致。

熊晶［26］研制了以PAO 为基础油，调和制得一种微电机专用润滑油。在100℃运动粘度为5.71mm2/s，粘度指数为190，倾点为-61℃，闪点为220℃。其具有优异的抗磨与抗氧性能，性能可与国外同类产品相媲美，寿命长且性价比高，完全满足微电机运行过程中低噪声的要求。

李志涛等［27］采用PAO 与矿物油作为基础油，加入复合铝皂稠化剂、增粘剂、抗磨极压剂调和成一种高速重载滚动轴承润滑脂，研制的润滑脂的烧结负荷为3924N，Falex 连续负载18495N，氧化压力降 (99℃，100 h)0.02MPa，滴点281℃，相似粘度(-15℃，10 s-1) 1172 Pa.s，水淋流失量(79℃，60 min)3.0%，抗水喷雾试验12.0 %。显示出良好的抗磨极压性能，抗氧化性能，高低温性能，抗水性能和粘附性能等，达到了研制目标。

3 PAO 基础油的应用展望

PAO 是一种纯的饱和烃化合物，不含芳烃和其他基团，因此无毒性，不刺激皮肤或黏膜。对皮肤具有良好的渗透性和营养保湿效果，所以PAO 也广泛应用在化妆品和护肤品中。此外，因PAO 具有良好的绝缘性和较长使用寿命，PAO 是一种有效的流体绝缘剂。随着工业不断的发展，对润滑油的要求越来越高，如高温航空润滑油、高温润滑脂、军事科技中的润滑材料等一系列要求的行业。

4 结语

本文综述了PAO 基础油在汽油机油、柴油机油、齿轮油、冷冻机油、航天航空等诸多领域的调和应用，研究表明PAO 在调和高品质润滑油中显示出优良独特的性能，虽价格较其他基础油较高，但是在一些高端领域具有无可替代的地位。所以需开发更多性能优良的PAO 基础油合成技术，以满足日益增长的需求。

为了更好提升发动机油的性能，则需要PAO 润滑油具备更好的抗氧化性能，优异的粘度控制和沉积物控制性能，同时随着我国风力发电的不断发展，开发风力发电机用PAO 合成润滑油势在必行，以满足其最大限度延长润滑油寿命，减少换油操作要求。国内高铁技术居世界领先地位，行业也需要长时间耐高温、长寿命、震动冲击、极高的低温性能等要求更严苛的润滑产品。未来高品质的合成润滑油必将是高质量、绿色、节能的发展趋势。

目前一些石油化工企业通过与煤制油企业合资合作（如潞安集团），技术开发和生产CTL 基础油以及PAO基础油产品，能够为国内市场提供大量的高档基础油产品，并可能会极大地改变我国基础油市场现状。